Тема 3. Структура и организация системы.

1. Структурный аспект системы.

Внутреннее устройство системы представляет собой единство состава, организации и структуры системы.

Состав системы сводится к полному перечню ее элементов, то есть это совокупность всех элементов, из которых состоит система. Состав характеризует богатство, многообразие системы, ее сложность.

Природа системы во многом зависит от ее состава, изменение которого приводит к изменению свойств системы. Например, меняя состав стали при добавке в нее компонента, можно получить сталь с заданными свойствами. Состав как определенный набор частей, компонентов элементов составляет субстанцию системы.

Заметим, что состав – необходимая характеристика системы, но, отнюдь, не достаточная. Системы, имеющие одинаковый состав, нередко обладают разными свойствами, поскольку элементы систем:

имеют различную внутреннюю организацию,

по-разному взаимосвязаны.

Поэтому в теории систем есть 2 дополнительные характеристики: организация системы и структура системы. Нередко их отождествляют.

Элементы представляют собой кирпичики, из которых строится системы. Они существенно влияют на свойства системы, в значительно степени определяют ее природу. Но свойства системы не сводятся к свойствам элементов.

Элемент – это далее не разложимая единица при данном способе расчленения, входящая в состав системы. Наличие связей между элементами ведет к появлению в целостной системе новых свойств (эмерджентность), не присущих элементам в отдельности. Для элементов системы характерны некоторые свойства.

Свойство – это вхождение вещи, элемента в некоторый класс вещей, когда не образуется новый предмет; характеристика, присущая вещам и явлениям, позволяющая отличать или отождествлять их.

Все элементы обладают 2 видами свойств:

элементальность при данном способе расчленения,

свойства природы элементов (например, свойства химических элементов – валентность, атомные веса; свойства живых организмов – место в иерархии видов, активность; свойства человека – система ролей, статусов, ценностей, интересов и т.п.).

Элементы в системе находятся не сами о себе, а связаны один с другим. Под связью понимается любого рода взаимоотношения между частями системы. Она выступает в виде качества, которое присуще материи и заключается в том, что все предметы, явления объективной действительности находятся в бесконечно многообразной зависимости и в многообразных отношениях.

Связь – взаимное ограничение объектов, создающее ограничение на их поведение, зависимость между ними, обмен между элементами веществом, энергией, информацией. Связи играют исключительно важную роль в системе. На них ложится значительная смысловая нагрузка в понимании природы систем. Без них принципиально невозможна система.

Связи выполняют в системе несколько функций, наиболее важные из них:

системообразующая – связи выступают основой архитектоники системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их взаимное влияние, участие в общесистемных процессах;

специфицирующая – связи задают конкретные свойства системы, ее специфику. Определенный набор, характер, направленность и другие характеристики связей системы предопределяют ее свойства, функциональные возможности и развитие;

витальная – связи обеспечивают жизнедеятельность системы, они поддерживают обмен системы с окружающей средой, изменения в связях предопределяет характеристики различных этапов развития системы.

При функциональном подходе связи рассматриваются с точки зрения выполняемой ими функции. При этом выделим 2 вида:

нейтральные (или статические), при которых действие и противодействие равны по величине, изменений не происходит;

функциональные, характеризующиеся тем, что действие и противодействие не совпадают, и элемент начинает реализовывать в системе некоторую функцию:

связи порождения (причинно-следственные связи),

связи преобразования – реализуются путем непосредственного взаимодействия 2 объектов с переходом их в новое состояние;

связи строения (структурные) – обеспечивают строение системы;

функциональные связи (в узком смысле слова) – обеспечивают функционирование системы;

связи развития – смена состояний отличается качественными изменениями;

связи управления – обеспечивают процесс управления системой.

Кроме того, под функциональный подход попадают прямые и обратные связи, каждая из которых выполняет свое назначение. Обратная связь информирует вход системы о состоянии ее выхода, а прямая – связывает один элемент с другим. Обратным связям принадлежит исключительно важная роль в управлении, поскольку они несут для субъекта управления необходимую информацию об объекте управления.

При содержательном подходе связи подразделяются на:

1. энергетические – процессы передачи энергии между элементами системы;

2. материально-вещественные – характеризуются материально-вещественными преобразованиями;

3. информационные – представляют собой информационные потоки.

Связи выступают важнейшей системной характеристикой. Можно с уверенностью утверждать, чем большим числом связей характеризуется система, тем она сложнее.

Максимальное количество связей в системе определяется числом возможных сочетаний между элементами и может быть найдено по формуле:

C = n(n-1), (1)

где n – количество элементов, входящих в систему;

С – количество связей между ними.

Если система состоит из 5 элементов (n=5), то максимальное количество связей для нее равно 20 (С=5*4=20).

Эта формула верна только для тех систем, у которых между двумя элементами допустима одна связь.

Структура системы (лат. structura – строение, порядок связи) – это совокупность устойчивых связей между элементами системы, которые обеспечивают целостность системы и тождественность самой себе. Структура намного богаче состава, так как состав отвечает на вопрос: «Из чего состоит система?», а структура обеспечивает ответ на более сложный вопрос: «Как устроена система?».

Любая структура описывается следующими основными характеристиками:

общим числом связей, характеризующих сложность системы;

общим числом взаимодействий, которые определяют устойчивость системы;

частотой связей, то есть количеством связей, приходящихся на один элемент, определяющих интенсивность взаимодействия элементов;

числом внутренних связей, которые определяют внутреннее устройство системы;

числом внешних связей, характеризующих взаимодействие системы со средой, ее открытость.

Для практической деятельности особенно важны две проблемы: описание и оптимизация структур. Для описания структур применяется теория графов. Граф – графическая модель структуры, которая состоит из множества вершин и ребер (дуг), символизирующих элементы и их связи. Граф определяется: множеством вершин графа и множеством пар вершин, между которыми существует связь. Теория графов – это область дискретной математики, занимающаяся исследованием и решением разнообразных проблем, связанных с графами. Для графа свойственно то, что число путей, по которым можно пройти от одной вершины к другой, отличается разнообразием. При этом наблюдаются различия в длительности этих путей.

На идее сокращения пути прохождения между крайними вершинами графа строится оптимизация структур.